Fotolüminesans malzemeler, aralarında ekranlar, güneş pilleri, optoelektronik cihazlar ve sensörlerin de bulunduğu çok sayıda modern teknoloji için gereklidir. Ancak günümüzde kullanılan fotolüminesan malzemelerin çoğu toksik metallere ve yenilenemeyen kaynaklara dayanmaktadır.
İlk yazar Ho-Yin (Leo) Tse ve profesörler Julie Zimmerman ve Paul Anastas liderliğindeki Yale araştırmacılarından oluşan bir ekip, ahşabın önemli bir bileşeni ve kağıt üretiminde atık bir ürün olan lignin ile fotolüminesan katı hal yayıcılar yapmanın bir yolunu buldu. Güvenli ve yenilenebilir ligninin fotolüminesans teknolojisinde parlak bir geleceğe sahip olduğu kanıtlanabilir.
Çalışmaları dergide yayınlandı Kimya. Araştırmanın ilk yazarı Ho-Yin (Leo) Tse ve ortak yazar Hanno Erythropel ile konuştuk.
Bu çalışmanın ana çıkarımının ne olduğunu söyleyebilirsiniz?
Fotolüminesans malzemeler, örneğin karanlıkta parlayan çıkartmalar gibi ışığı emip yeniden yayabilir ve bu malzemeler birçok modern teknoloji için gereklidir. Burada, genellikle ihtiyaç duyulan brom gibi ağır metallere veya halojenlere ihtiyaç duymadan, yalnızca kağıt hamuru ve kağıt endüstrisinden elde edilen lignin ve amino asit histidin gibi atık bir ürüne dayanan fotolüminesans malzemeler geliştirdik.
Halihazırda kullanılan fotolüminesans malzemelerin zehirli olduğunu not ediyorsunuz. Nasıl yani?
Günümüzün ekran yayıcılarının çoğu, ağır metaller veya halojenli çerçeveler (örneğin, kadmiyum bazlı kuantum noktaları, platin/iridyum kompleksleri veya lantanit sistemleri) kullanıyor ve bunlar genellikle tehlikeli reaktifler ve yüksek sıcaklık adımları ile yapılıyor.
Bu kombinasyon üç endişeyi gündeme getiriyor: (1) Malzemeler kapsüllenmiş olduğundan normal kullanımda tüketici riski genellikle düşüktür, ancak hasar veya uygunsuz imha, maruziyet yolları oluşturabilir; (2) işçi riski, üretim sırasında toksik metal tuzları, aşındırıcı/tahriş edici kimyasallar ve uçucu solventlerle temastan kaynaklanmaktadır; ve (3) çevresel etkiler metal madenciliği/rafinajından, enerji yoğun işlemeden ve ömrünün sonundaki e-atıktan kaynaklanmaktadır.
Lignin hakkında bilmeniz gereken önemli şey nedir ve sizi bu uygulama için onu denemeye iten şey neydi?
Kağıt yapmak için selülozu çıkarırsınız, ancak kalıntılar genellikle enerji için yakılan lignin açısından zengindir. Ancak lignin, kimya endüstrisinin önemli bir girdisi olan aromatik grupları içeren en bol doğal maddedir. Şu anda genellikle petrolden elde ediliyor. Dolayısıyla lignin potansiyelinin ortaya çıkarılması, petrole dayalı bir toplumdan uzaklaşmak için önemli bir adımdır.
Burada lignin, özellikle aromatik karakteri nedeniyle (bazı diğer özelliklerin yanı sıra) malzemenin fotolüminesans özelliklerinde önemli bir rol oynar; dolayısıyla “doğal” bir malzemenin başka bir doğal malzemeyle (proteinde bulunan bir amino asit) bir araya getirilmesi, doğal malzemelerin neler yapabileceğinin harika bir göstergesidir.
Bu araştırmayı nasıl geliştirebilirsiniz?
Bu konuda heyecan verici olan şey şu: Geliştirilen malzemeler henüz optimize edilmemiş. Dolayısıyla, gün batımı sonrası parlamanın yalnızca 300 milisaniye kadar olduğunu söylediğimizde, kompozisyonu ve girdiyi değiştirerek, tabiri caizse her iki “içerik”i manipüle ederek, her iki fotolüminesans özelliğinin (floresan ve fosforesans) iyileştirilebileceğini umuyoruz.
Ayrıca farklı lignin türleri vardır, dolayısıyla farklı lignin çeşitlerini araştırmak sistemin optimizasyonuna da yardımcı olabilir. Bu çalışmanın bir bakıma zemin hazırlayabileceğini ve diğer yenilenebilir kaynaklı ve toksik olmayan fotolüminesans materyallerin geliştirilmesine ivme kazandırabileceğini umuyoruz.
